Simulink铅酸蓄电池充放电动态仿真系统

资 源 简 介

该项目是基于MATLAB/Simulink环境开发的铅酸蓄电池数学物理仿真及其特性分析模型。模型核心采用了经典的改进型Shepherd模型或等效电路模型（如Thevenin模型），能够深入模拟铅酸蓄电池在充电、放电以及自放电过程中的电化学响应。系统实现了对电池端电压、内阻、开路电压以及关键的荷电状态（SOC）的实时动态跟踪。其主要功能包括：第一，具备高度非线性的电压计算功能，能够准确还原电池在不同放电倍率下的电压跌落现象以及不同充电阶段的电压平台特征。第二，集成了高精度的SOC估算模块，通过安时积分法结合

详 情 说 明

铅酸蓄电池充放电动态仿真系统

项目介绍

本项目是一个基于 MATLAB 环境开发的铅酸蓄电池数学物理仿真及其特性分析系统。该系统通过编写严谨的数学模型，模拟了铅酸蓄电池在复杂工况下的电化学响应，包括充电、放电过程中的电压演变、内阻波动、SOC（荷电状态）变化以及能量转换情况。模型以改进型 Shepherd 模型为核心，结合了安时积分法与温度补偿机制，能够为电池管理系统（BMS）的算法验证、微电网储能评估及电动汽车动力分析提供可靠的仿真数据支持。

功能特性

• 动态工况模拟：系统实现了分段式的电流指令控制，能够模拟从恒流放电到恒流充电的平滑过渡，并包含充电截止电压的自动保护功能。
• 改进型 Shepherd 模型：深度还原了电池的非线性极化效应，能够区分充电与放电模式下不同的电压平台特性。
• 多维度性能分析：实时跟踪并计算电池端电压、SOC、实时内阻以及累计交换能量。
• 环境适应性建模：引入温度影响因子，模拟不同环境温度对蓄电池内阻的调节作用。
• 全方位可视化：通过多图表联动展示，提供直观的仿真总结报告，涵盖电池的关键运行参数与统计数据。

使用方法

1. 环境配置：确保计算机已安装 MATLAB 运行环境。
2. 参数调整：用户可直接在代码配置区域修改额定容量（Cn_Ah）、初始 SOC（SOC_init）、环境温度（Temp）以及极化参数（K, A, B）等，以匹配特定型号的蓄电池。
3. 执行仿真：运行主脚本程序。系统将自动执行 7200 秒（2小时）的动态仿真循环。
4. 结果查看：仿真结束后，系统将自动弹出图形化界面，展示电压、电流、SOC、内阻、能量曲线及最终的统计分析总结。

系统要求

• MATLAB R2016b 或更高版本。
• 无需额外工具箱，基于 MATLAB 基础运算库实现。

实现逻辑说明

系统的核心逻辑遵循时间序列步进迭代，每秒（dt=1s）进行一次物理量更新，主要包含以下逻辑环节：

1. 环境与参数初始化：设定 100Ah、12V 的铅酸电池基准参数，初始化采样步长、仿真总时长。
2. 电流指令逻辑：设定前 3600 秒为 20A 恒流放电，后 3600 秒为 15A 恒流充电；同时加入安全逻辑，当充电端电压超过 14.4V 时自动停止充电。
3. 非线性内阻计算：内阻由基准内阻、SOC 修正项（随 SOC 降低而显著增大）以及基于 Arrhenius 简化模型的温度系数共同构成。
4. 电压计算机制：

* 放电模式：极化电压根据当前累计消耗电量（it）分布在非线性区间。 * 充电模式：公式结构调整以反映充电时的电压抬升现象。 * 端电压计算：结合开路电压（V_oc）与内阻压降（I*R），并实施 10.5V 至 15.0V 的物理电压钳位。

1. SOC 动态更新：采用安时积分法，并针对充电过程设置了 0.95 的库仑效率。系统实时对 SOC 进行边界锁定，确保其在 0 到 1 之间波动。
2. 能量统计：通过端电压与电流的瞬时乘积对时间进行积分，计算 Wh 等级的能量吞吐。

关键函数与算法分析

• Shepherd 模型扩展算法：该算法是仿真核心，通过指数项 A*exp(-B*it) 模拟了电池在充放电初期的指数级电压变化，通过极化常数 K 模拟了电荷转移与扩散过程造成的非线性电位降。代码中通过判断电流正负号，分别应用放电和充电的修正公式。
• 安时积分与效率修正：系统通过累计消耗容量（actual_it）来驱动 SOC 更新，区别于理想模型的是，代码通过 eta 变量引入了充放电不对称效率，增强了仿真结论的工程参考价值。
• 温度联动修正：利用线性化温度因子 1 + 0.01 * (25 - Temp) 来调节内阻。这一细节体现了低温下电池内阻增大、功率输出下降的真实物理特性。
• 实时数据可视化：代码采用了 subplot 布局，将电、能、状态三类指标同步展现，最后通过坐标轴禁用（axis off）在特定位置生成字符报告，提升了系统的集成度。